曲柄连杆机构3节-活塞环、连杆.ppt

二、活塞环： 分成 气环 和 油环 两大类。 . （一）作用 ： （ 2）传热 （将活塞头部吸收的 70%80%的热量传导给气缸壁）。 . 2、油环 ： （ 3） 辅助密封 。 . （二）工作特点 ： （ 2）交变的弯曲应力 （气缸壁沿高度方向有加工锥度，环有开口）。 . 1、气环 ： （三）要求 ： （ 2）耐高温（第 1道气环）、耐磨。 . （四）材料 ： （ 2） 第 1道气环的工作表面一般都 镀上多孔性铬 （硬度高，并能储存少量机油，以改善润滑条件）； . 图 2-25 活塞环 （ 1） 密封 （防止燃气漏入曲轴箱）； 是 主要作用，是传热作用的前提。 . （ 1） 润滑 （气缸壁上铺油膜）； . （ 2） 刮油 （气缸壁上多余机油刮落回曲轴箱）； . （ 1）高温、高压、高速，润滑不良，磨损严重； . （ 1）足够的强度、冲击韧性； . （ 1）一般用 合金铸铁 ，少数高速强化柴油机用 钢片环 （以提高弹力和冲击韧性）； . （ 3）其余气环一般 镀锡 （铸铝活塞）或 磷化 （锻铝活塞）（以改善磨合性能）。 （五）气环的密封机理： 第一密封面（气环装入气缸时产生的初始弹力 F1）； . 图 2-26 气环的密封机理 图 2-27 各环间隙处的气体压力递减图 1、第一密封面很重要，若失效，则第二密封面建立不起来，因此 气环装入气 缸时产生的初始弹力 F1很重要。 . 第二密封面（燃气压力 F2）； . 气环的切口端呈迷宫式布置（减少漏气）。 . 2、由图 2-27可知，第一道气环的初始弹力 F1要求最小，随后的几道气环 的初 始弹力 F1大小要求依次递增。 （ 1）切口形状 ： 1）直角切口： 工艺性好，密封效果差； 2）阶梯切口：密封好，工艺性差； . 3）斜切口： 介于中间，但套装时尖角易折断； . 4）带防转销钉槽切口： 方向不可装反，否则，漏气量急剧增加。 图 2-28 气环的切口形状 （六）气环的结构特点 ： 由于矩形环的“ 泵油 ”作用，气缸壁上的 机油将源源不断地上窜入活塞顶上燃烧室内 烧掉，排气管冒蓝烟。 图 2-29 矩形环的泵油作用 1）矩形环： （ a） 矩形环 （ 2）气环的断面形状： 工艺最简单，导热性好，但存在“泵油” 现象。 . 矩形环的“ 泵油 ”作用原理解释： 活塞下行 时，分 两种情况 ： 在 进气行程中 ，由于环与缸壁的摩擦阻力以及 环本身的惯性，环将靠紧环槽的上侧平面，缸壁 上的机油就被刮入下边隙与背隙内； . 在 膨胀作功行程 中，燃气压力的作用大于 摩擦阻力和惯性的影响，环被压紧在环槽的 下侧平面，下边隙与背隙内的机油上窜。 . 活塞上行 时，在 摩擦阻力、惯性、缸内气 体压力的作用下， 环将靠紧在 环槽的下侧平 面，下边隙与背隙内的机油上窜。 结论： 图 2-30 气环的断面形状 2） 扭曲环 ： a)正扭曲环： 内圆上边缘切去部分金属或外圆下边缘切去部分金属； . b)反扭曲环： 内圆下边缘切去部分金属或外圆上边缘切去部分金属； . 图 2-30 气环的断面形状 （ b ）正扭曲内切环 （ c）反扭曲内切环 图 2-31 扭曲环的作用原理 环的扭曲变形应使环的端面 与气缸壁形成的楔形尖角向下 。这样， 活塞向 上运动时 ， 因 “ 油楔 ” 作用使环悬浮于气缸壁 ， 改善润滑 ， 减少摩擦阻力 ； 活 塞向下运动时 ， 向下刮油 。但 如果装反使尖角朝上 ，则 活塞向上运动时 ， 向上 刮油 ， 机油消耗率剧增 ， 排气冒蓝烟 。 扭曲环成因 见图 2-31所示： 活塞环装入气缸后，其外侧气缸壁的作用力 F1与内侧环的弹力 F2不在一 条直线上，于是产生扭曲力矩 M，从而使环的边缘与环槽的上下侧平面都接触， 避免了因环在环槽内的上下窜动造成的“泵油”现象 。 . 总结 ： 扭曲环的优点： a)密封性、磨合性好（线接触）； . b)防止“泵油”现象； . c)形成油楔，改善润滑； . d)提高刮油能力。 . 扭曲环的缺点： a)扭转角不超过 1，工艺性差； . b)不可装反，否则机油消耗率成倍增加，环上有朝上记号。 . b)仍有“泵油”现象。 . （ d）锥面环 优点： 缺 点： b)避免棱缘负荷，能很好适应活塞的摆动及气缸表面； . 小锥角，不超过 2，方向不可装反。优缺点同扭 曲环，但仍有“泵油”现象。 . 3）锥面 环 ： 4） 桶面环 ： 与气缸壁凸圆弧面接触。 a)活塞上下移动时均能形成油楔作用，改善润滑； . c)密封性改善。 . a)工艺性差（凸圆弧面难加工）； . （ f）桶面环 图 2-30 气环的断面形状 缺点 是环上、下两侧平面难以精磨，工艺性差，仍有“泵油” 现象。 5）梯形 环 ： 如图 2-32所示，侧压力方向的交替变化，使环槽间 隙时而减小，时而增大，间隙中的结焦被挤出， 避 免环因粘结而折断 ，常做 第一道气环 。 （ e）梯形环 （ a）间隙变化 （ b） 受力情况 图 2-32 梯形环工作示意图 （ 2）油环的断面形状如图 2-25所示，均分布若 干个中间泄油孔，设计重点在于提高与气缸壁 的接触比压，以提高刮油能力（ 图 2-33 ）。 （ 3）油环分为两种类型： 1） 普通槽孔式油环 ： 合金铸铁，鼻形倒角（图 2-34） 图 2-33 油环的刮油作用 （ a） （ b） （七）油环的结构特点 ： （ 1） 油环 置于最后一道环槽 ，背隙内气体压 力极低，因此，油环置于气缸内时， 必须具 有较大的初始弹力 。 . （ a）异向外倒角油环 . 图 2-34 油环的断面形状 （ b）同向外倒角油环 . （ c）同向内倒角油环 . （ d）鼻式油环 . （ e）双鼻式油环 . 图 2-35 组合油环 1-上刮片 2-衬簧 3-下刮片 4-活塞 接触比压大，刮油能力强，泄油 通路大，惯性质量小， 但制造成本高（图 2-35）。 2） 组合钢片式油环 ： 三、活塞销与销座 （一）活塞销 （ 3）组合形：居中。 （ c）两段截锥型 1、 作用 ： 连接活塞和连杆小头，传递动力。 . 2、 要求 ： （ 1）足够的刚度、强度和冲击韧性； . （ 2）表面耐磨； . （ 3）质量小。 . 3、 材料与工艺 ： 一般为 低碳钢 或 低碳合金钢 ，经 表面渗碳 或 渗氮 热处理以 提高心部冲击韧性 和 表面硬度 ，然 后进行 精磨 和 研磨 。 . 4、 结构特点 ： 管状（图 2-36所示）。 . （ 1）等截面圆柱形 ：易加工，但质量大； . （ 2）两段截锥形：等强度梁，质量小，但难加工； . 图 2-36 活塞销的内孔形状 （ a）圆柱型 （ b）组合形 由于铝合金活塞销座的热膨 胀量大于钢活塞销，因此，在冷 态装配时，活塞销与活塞销座孔 为过渡配合，装配时，应先将铝 合金活塞预热（ 7090C的水或 油中加热），然后将销装入。 4-卡环 5、 活塞销连接方式 ： 活塞销与活塞销座孔和连杆小 头衬套孔的连接配合，一般采用 “ 全浮式 ”（图 2-37所示）， 即 . 在发动机运转过程中，活塞销不 仅可以在连杆小头衬套孔内，还 可以在销座孔内缓慢转动，以使 活塞销表面的磨损比较均匀。但 . 必须在活塞销座两端用卡环定位， 防止活塞销轴向窜动。 . 图 2-37 活塞销连接方式 1-连杆小头衬套 2-活塞销 3-连杆 四、连杆 在质量尽可能小的前提下有足够 的刚度和强度。 刚度不足的后果： （ 1）大头孔失圆： 烧轴瓦，甚至咬死。 . （ 2）杆身弯曲：偏磨，漏气，窜机油。 . （ 1） 连杆小头 ： 一般压入减磨的锡青铜衬 套 4，小头顶部铸有工艺凸台，减重用； . 4 5 6 7 1-连杆小头 2-杆身 3-连杆大头 4-衬套 5-轴瓦 6-轴瓦上的凸肩 7-连杆螺栓 8-润滑油槽 9-连杆盖 8 9 图 2-38 连杆结构 （ 2） 杆身：通常做成“ 工 ”字形断面，以求在刚度足够的前提下尽可能减 少惯性质量，有的杆身钻有润滑油道。 1、 作用 ： 传递动力，将活塞往复直线运动 转变为曲轴的旋转运动。 . 2、 工作特点 ： 复杂平面运动，承受压缩、 拉伸、弯曲等交变载荷。 . 3、要求 ： 4、材料与工艺 ： 中碳钢或合金钢经模锻或辊锻而成。 . 5、结构特点 ： 由 连杆小头 1、 杆身 2、 连杆大头 3（包 括 连杆盖 9）三部分组成。 小头顶部开有润滑油槽，收集飞溅油雾，润滑活塞销。 . 通常做成分开式的，以便于拆 装活塞连杆组，被分开的部分叫连 杆盖 9，两者之间用连杆螺栓连接。 连杆与连杆盖之间有配对记号，拆 装时应注意一致。 . 图 2-39 连杆装配标记 （ 3）连杆大头： 连杆大头孔内过盈压入上、 下两半薄壁钢轴瓦，在其内表面 上涂有 0.30.7mm厚的 减磨合金 层 ，具有 保持油膜 、 减少摩擦阻 力 和 易于磨合 的作用，主要有巴 氏合金、铜铝合金、高锡铝合金。 轴瓦背面制有 定位凸肩 ， 防止轴 瓦转动 ；轴瓦内表面开有 油槽 用 以 储油 和作 垃圾槽 用。 . 6、汽车发动机 连杆分类： （ 1）平切口 ： 图 2- 41 平 切 口 连 杆 螺 栓 定 位 连杆大头沿着与杆身轴线垂直 的方向切开， 汽油机和较小功 率柴油机用。 . 定位可靠，结构简单 （利用连杆螺栓上经过 精加工的圆柱凸台或光圆柱部分与精加工的 连杆螺栓孔来保证）； . 连杆大头沿着与杆身轴线成 3060 夹 角切开，常用于曲柄销直径较粗的较大功率 柴油机，否则，连杆大头尺寸太大，无法从 气缸中拆下活塞连杆组。 . 定位不可靠（切口方向受到附加剪 切力，连杆螺栓易剪断，连杆盖脱 落会击穿气缸体）。 优点 是： （ 2）斜切口： 缺点 是： 定位可靠（锯齿接触面大，贴合紧密），结构 紧凑，但齿距公差要求高，否则，会因个别齿 脱空影响连杆组件的刚度，也会造成连杆大头 孔失圆。 图 2-41 斜切口连杆大头 的定位方式 斜切口 定位方式 ： 1） 止口定位 ： 工艺简单，但定位不可靠（径向脱离无法阻止） 2） 套筒定位 ： 定位精度较高，但工艺要求高（若孔距不准确， 则可能因过定位而造成大头孔严重失圆） 3） 锯齿定位 ： （ a） 止口定位 （ b）套筒定位 （ c）锯齿定位 7、 V型发动机连杆分类 ： 相邻两缸的一个连杆大头做成叉形，另一个连杆大头套于其 叉形中。两缸活塞连杆组的运动规律相同，左右两缸中心线 不需错位，但叉形连杆大头结构和制造工艺比较复杂，而且 连杆大头的刚度也不高。 图 2-42 V型发动机连杆 示意图 （ 1） 并列连杆 ： 左右两缸的连杆一前一后地装在同一个曲柄销上，连杆可以 通用，两缸活塞连杆组的运动规律相同，但曲轴加长，刚度 降低。常用于 V6、 V8汽车发动机。 （ 2） 主副连杆 ： 副连杆铰接在主连杆凸耳上，曲轴不加长，但相邻两缸活 塞连杆组运动规律和受力不相同。 . （ 3） 叉形连杆 ： （ a） 并列连杆 （ b）主副连杆 （ c）叉形连杆